KR200467798Y1 - 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 및 그 배열 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 고안은 밀리미터파 영역의 고주파 대역에서 사용되는 안테나에 관한 것으로서, 상세하게는 단층의 기판에 기판 집적형 도파관(Substrate Integrated Waveguide, SIW) 기술을 이용하여 가공이 용이하고 두께가 감소된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(Antipodal Linear Tapered Slot Antenna, ALTSA)를 구현할 수 있는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 및 그 배열 안테나에 관한 것이다.
Description
본 고안은 밀리미터파 영역의 고주파 대역에서 사용되는 안테나에 관한 것으로서, 상세하게는 단층의 기판에 기판 집적형 도파관(Substrate Integrated Waveguide, SIW) 기술을 이용하여 가공이 용이하고 두께가 감소된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(Antipodal Linear Tapered Slot Antenna, ALTSA)를 구현할 수 있는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 및 그 배열 안테나에 관한 것이다.
마이크로파 및 밀리미터파 대역에서의 회로와 안테나 등에 대하여 고성능을 보장하고 용이한 제작을 가능케 하는 효율적인 결합 및 급전 구조에 대한 연구가 꾸준히 진행되어 왔다. 특히 테이퍼 슬롯 안테나(Tapered Slot Antenna, TSA)의 경우는 광대역 특성과 함께 거의 동일한 E-빔과 H-빔 폭을 갖는 엔드 파이어(end-fire) 방사 패턴으로 배열 안테나에서 방사체와 반사 안테나의 급전기로 많이 사용되고 있다.
테이퍼 슬롯 안테나(TSA)를 배열 안테나의 방사체로 사용하는데 있어서 급전 회로와 구조적으로 이격시키고 전기적으로 결합시키려는 연구가 진행되어 왔다. 테이퍼 슬롯 안테나(TSA)를 급전하기 위하여 동축선 혹은 마이크로스트립 라인을 이용한 급전 방식을 생각해볼 수 있으나, 이 경우 구현과 유지 보수면에서 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 마이크로스트립 급전회로를 테이퍼 슬롯 안테나(TSA) 배열의 뒤쪽에 위치시키는 구조가 제안되었다. 이러한 구조에서는 마이크로스트립 회로에서 방사체로의 강한 전자기적 결합이 이루어져야 하는데, 이러한 강한 전자기적 결합을 위한 일환으로 개구면을 통해 마이크로스트립 라인에서 수직으로 세워져 있는 슬롯 라인(Vertically Mounted Slotline, VMS)으로의 결합 구조가 제안되었다.
이와 같이 수직으로 세워져 있는 슬롯 라인(VMS)으로 급전된 테이퍼 슬롯 안테나(Linear Tapered Slot Antenna, LTSA)의 일례가 '한국전자파학회논문지 제20권 제4호 통권 143호(2009년 4월) pp. 357-365 1226-3133 KCI'에 '개구면을 통한 마이크로스트립-수직 슬롯 라인 결합 구조의 회로 망 해석과 모델링'이 제안된 바 있었다.
또한, 전자공학회지 제45권 제5호 통권 371호(2008년 5월) pp.40-45 1975-2377 KCI, 마이크로스트립 선형 테이퍼형 슬롯 안테나 설계'에는 위상배열 안테나의 기본방사소자로 사용될 선형 테이퍼형 슬롯 안테나(LTSA)의 급전을 위하여 마이크로스트립-슬롯 선로 간에 두 면으로 이루어진 트랜지션을 사용하는 기술이 제안된 바 있었다.
그러나, 상기한 선행기술들, 특히 수직으로 세워져 있는 슬롯 라인(VMS)으로 급전된 테이퍼 슬롯 안테나 구조에서는 다른 구조에 비해 상대적으로 실험적 경험이나 많은 계산 시간을 요하는 수치 해석적으로 설계되어야 하기 때문에 설계가 복잡하고, 밀리미터파 대역에서는 급전으로 사용하는 마이크로 스트립라인과 스트립 라인의 폭이 좁아서 구현이 어려울 뿐만 아니라, 상대적으로 삽입손실이 큰 문제가 있었다.
한국전자파학회논문지 제20권 제4호 통권 143호(2009년 4월) pp. 357-365 1226-3133 KCI, 개구면을 통한 마이크로스트립-수직 슬롯 라인 결합 구조의 회로 망 해석과 모델링.
전자공학회지 제45권 제5호 통권 371호(2008년 5월) pp.40-45 1975-2377 KCI, 마이크로스트립 선형 테이퍼형 슬롯 안테나 설계.
따라서, 본 고안은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 단층의 기판에 기판 집적형 도파관(SIW) 기술을 이용하여 설계가 단순하고, 가공이 용이하며, 삽입손실이 작으면서 두께가 감소된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(Antipodal Linear Tapered Slot Antenna, ALTSA)를 구현할 수 있는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 및 그 배열 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 고안은 하부도체, 유전체 및 상부도체를 포함하는 단층 구조의 인쇄회로기판에 집적되되, 상기 상부도체와 상기 하부도체를 연결하도록 상기 유전체를 상하로 관통하여 평행한 두 열의 메탈릭 비어홀이 주기적으로 배열된 기판 집적형 도파관 구조를 갖는 급전부와, 상기 급전부의 상부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 일측부에 일방향으로 다수의 제1 돌기가 형성된 제1 슬롯라인과, 일부가 상기 제1 슬롯라인과 교차하도록 상기 급전부의 하부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 상기 제1 돌기와 반대방향으로 일측부에 다수의 제2 돌기가 형성된 제2 슬롯라인을 포함하는 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 제공한다.
바람직하게, 상기 방사체의 종단부에 형성된 렌즈를 더 포함하되, 상기 렌즈는 반원형 또는 반타원형 구조의 제1 유전체 막대와, 상기 제1 유전체 막대의 후면과 상기 방사체 사이에 형성되어 상기 제1 유전체 막대를 상기 방사체에 결합하는 장방형 구조의 제2 유전체 막대를 포함 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 고안은 전력 분배기와, 상기 전력 분배기의 출력포트에 다수개의 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나가 일방향으로 나란하게 일렬로 배열형성되어 상기 전력 분배기로부터 분배된 전력을 상기 출력포트를 통해 각각 공급받아 독립적으로 빔을 방사하는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부를 포함하되, 상기 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 각각은, 하부도체, 유전체 및 상부도체를 포함하는 단층 구조의 인쇄회로기판에 집적되되, 상기 상부도체와 상기 하부도체를 연결하도록 상기 유전체를 상하로 관통하여 평행한 두 열의 메탈릭 비어홀이 주기적으로 배열된 기판 집적형 도파관 구조를 갖는 급전부와, 상기 급전부의 상부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 일측부에 일방향으로 다수의 제1 돌기가 형성된 제1 슬롯라인과, 일부가 상기 제1 슬롯라인과 교차하도록 상기 급전부의 하부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 상기 제1 돌기와 반대방향으로 일측부에 다수의 제2 돌기가 형성된 제2 슬롯라인을 포함하는 방사체를 포함하고, 상기 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나들은 이웃한 것끼리 제1 슬롯라인과 제2 슬롯라인이 서로 대향하도록 배열된 것을 특징으로 하는 배열 안테나를 제공한다.
바람직하게, 상기 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부의 종단부에 형성된 렌즈를 더 포함하되, 상기 렌즈는 반원형 또는 반타원형 구조의 제1 유전체 막대와, 상기 제1 유전체 막대의 후면과 상기 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부 사이에 형성되어 상기 제1 유전체 막대를 상기 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부에 결합하는 장방형 구조의 제2 유전체 막대를 포함 것을 특징으로 할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 단층의 기판에 기판 집적형 도파관(SIW) 기술을 이용하여 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 제작함으로써 설계가 단순하고, 가공이 용이하며, 삽입손실이 작으면서 두께가 감소된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 구현할 수 있다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 아래에서 바라본 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 평면도.
도 5는 도 1에 도시된 급전부를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 비어홀의 지름(d)과 간격(s)의 상관 관계를 도시한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관과 마이크로 스트립라인을 결합한 변환 구조를 도시한 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 변환구조의 평면도.
도 9는 도 7에 도시된 변환구조에서 주파수에 대한 변환 특성을 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터.
도 10은 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관을 코플래너라인과 연결한 변환구조를 도시한 투시 사시도.
도 11은 도 10에 도시된 변환구조의 평면도.
도 12는 도 10에 도시된 변환구조의 주파수에 대한 변환 특성을 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터.
도 13은 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 24GHz 중심 주파수로 설계한 후 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터.
도 14는 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 24GHz에서 E-plane과 H-plane 상에서 각각 안테나 이득을 설명하기 위하여 도시한 그래프.
도 15는 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 16은 도 15에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 사시도.
도 17은 도 15에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 아래에서 바라본 사시도.
도 18은 도 15에 도시된 도시된 렌즈를 설명하기 위하여 도시한 사시도.
도 19는 도 18에 도시된 렌즈를 폭방향으로 절단하여 도시한 단면도.
도 20은 도 15에 도시된 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 21은 도 15에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 24GHz에서 E-plane과 H-plane 상에서 각각 안테나 이득을 설명하기 위하여 도시한 그래프.
도 22는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 23은 도 22에 도시된 배열 안테나를 위에서 바라본 사시도.
도 24는 일반적인 도파관 T-구조 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 사시도.
도 25는 기판 집적형 도파관 구조의 전력 분배기를 도시한 투시 사시도.
도 26은 도 25에 도시된 전력 분배기를 도시한 평면도.
도 27은 도 25에서 출력포트의 출력 비율을 동일하게 조정하였을 경우 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 28은 본 고안에 따른 기판 집적형 도파관 구조의 3dB 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 평면도.
도 29는 도 28에 도시된 전력 분배기의 비어홀을 대체하는 구조를 설명하기 위하여 도시한 평면도.
도 30은 도 22에 도시된 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 사시도.
도 31은 도 22에 도시된 전력 분배기의 단위 전력 분배기의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 32는 단위 전력 분배기(310b, 310c)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 33은 단위 전력 분배기(310d, 310g)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 34는 단위 전력 분배기(310e, 310f)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 35는 도 22에 도시된 배열 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 36은 도 22에 도시된 배열 안테나의 E-plane과 H-plane의 방사 패턴의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 37은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 38은 도 37에 도시된 배열 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 39는 도 37에 도시된 배열 안테나의 E-plane과 H-plane의 방사 패턴의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 2는 도 1에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 사시도.
도 3은 도 1에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 아래에서 바라본 사시도.
도 4는 도 1에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 평면도.
도 5는 도 1에 도시된 급전부를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 6은 도 5에 도시된 비어홀의 지름(d)과 간격(s)의 상관 관계를 도시한 도면.
도 7은 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관과 마이크로 스트립라인을 결합한 변환 구조를 도시한 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 변환구조의 평면도.
도 9는 도 7에 도시된 변환구조에서 주파수에 대한 변환 특성을 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터.
도 10은 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관을 코플래너라인과 연결한 변환구조를 도시한 투시 사시도.
도 11은 도 10에 도시된 변환구조의 평면도.
도 12는 도 10에 도시된 변환구조의 주파수에 대한 변환 특성을 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터.
도 13은 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 24GHz 중심 주파수로 설계한 후 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터.
도 14는 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 24GHz에서 E-plane과 H-plane 상에서 각각 안테나 이득을 설명하기 위하여 도시한 그래프.
도 15는 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 16은 도 15에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 사시도.
도 17은 도 15에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 아래에서 바라본 사시도.
도 18은 도 15에 도시된 도시된 렌즈를 설명하기 위하여 도시한 사시도.
도 19는 도 18에 도시된 렌즈를 폭방향으로 절단하여 도시한 단면도.
도 20은 도 15에 도시된 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 21은 도 15에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 24GHz에서 E-plane과 H-plane 상에서 각각 안테나 이득을 설명하기 위하여 도시한 그래프.
도 22는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 23은 도 22에 도시된 배열 안테나를 위에서 바라본 사시도.
도 24는 일반적인 도파관 T-구조 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 사시도.
도 25는 기판 집적형 도파관 구조의 전력 분배기를 도시한 투시 사시도.
도 26은 도 25에 도시된 전력 분배기를 도시한 평면도.
도 27은 도 25에서 출력포트의 출력 비율을 동일하게 조정하였을 경우 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 28은 본 고안에 따른 기판 집적형 도파관 구조의 3dB 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 평면도.
도 29는 도 28에 도시된 전력 분배기의 비어홀을 대체하는 구조를 설명하기 위하여 도시한 평면도.
도 30은 도 22에 도시된 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 사시도.
도 31은 도 22에 도시된 전력 분배기의 단위 전력 분배기의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 32는 단위 전력 분배기(310b, 310c)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 33은 단위 전력 분배기(310d, 310g)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 34는 단위 전력 분배기(310e, 310f)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 35는 도 22에 도시된 배열 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 36은 도 22에 도시된 배열 안테나의 E-plane과 H-plane의 방사 패턴의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 37은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도.
도 38은 도 37에 도시된 배열 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
도 39는 도 37에 도시된 배열 안테나의 E-plane과 H-plane의 방사 패턴의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터.
본 고안의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서 본 실시예는 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 고안의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 고안은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 고안이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고, 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 고안을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 고안의 기술적 특징을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 아래에서 바라본 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 고안의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(100)는 하부도체, 유전체 및 상부도체를 포함하는 단층 구조의 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)에 집적된 급전부(110)와, 방사체(120)를 포함한다.
도 5는 도 1에 도시된 급전부(110)를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 비어홀의 지름(d)과 간격(s)의 상관 관계를 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 급전부(110)는 인쇄회로기판(PCB)의 상부도체(111)와 하부도체(113)를 연결하도록 유전체(112)를 상하로 관통하여 평행한 두 열의 메탈릭 비어홀(114)이 주기적으로 배열된 기판 집적형 도파관(SIW) 구조로 이루어져 있다.
기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 급전부(110)는 일반적인 구형 도파관(도시되지 않음)을 인쇄회로기판(PCB) 상에 구현한 것으로서, 일반적인 구형 도파관은 내부가 공기로 이루어져 있는데 반해, 본 고안에 따른 기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 급전부(110)는 상부도체(111)와 하부도체(113) 사이에 유전체(112)가 개재되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 비어홀(114)이 구형 도파관의 도체 벽면을 대신할 경우 실제적인 벽면(Weff)을 비어홀(14)의 지름(d)과 간격(s)으로 나타내면 하기 수학식 1과 같다.
도 7은 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관과 마이크로 스트립라인을 결합한 변환 구조를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 변환구조의 평면도이며, 도 9는 도 7에 도시된 변환구조에서 주파수에 대한 변환 특성을 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터이다.
도 7 및 도 8은 전술한 바와 같이, 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관(SIW)에 마이크로 스트립라인(30)을 결합한 변환구조로서, 도 8에 도시된 마이크로 스트립라인(30)과 기판 집적형 도파관(SIW)을 연결하는 연결부의 테이퍼(taper) 길이(Lm)의 거리를 조절하여 기판 집적형 도파관 구조의 급전부 임피던스를 50Ω으로 변환할 수 있다.
부가 설명하면, 도 8에 도시된 마이크로 스트립라인(30)의 특성 임피던스를 50Ω으로 설계하기 위하여, 본 고안에서는 테이퍼 길이(Lm)를 5mm로 제작하여 HFSS 시뮬레이션 한 결과 도 9와 같이 급전부의 임피던스를 -20dB 이하에서 50Ω으로 변환할 수 있다. 즉, 도 9에서 Y축은 S21(삽입손실)과 S11(반사계수)를 나타내는 것으로서, S11이 작을 수록 50Ω에 가까워지며, S11이 -20dB 이하이면 거의 50Ω에 근접했다고 볼 수 있다.
도 10은 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관을 코플래너라인과 연결한 변환구조를 도시한 투시 사시도이고, 도 11은 도 10에 도시된 변환구조의 평면도이며, 도 12는 도 10에 도시된 변환구조의 주파수에 대한 변환 특성을 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 코플래너라인(Coplanar Waveguide With Ground, CPWG) 변환구조는 도 5에 도시된 기판 집적형 도파관(SIW)과 코플래너라인(40)을 결합하여 임피던스 매칭을 구현한 구조로서, 접지를 갖는 길이가 'Ls(테이퍼 길이)+ Lcpw(슬롯 길이)'로 정의되고, 테이퍼 길이(Ls)를 조절하여 기판 집적형 도파관 구조의 급전부 임피던스를 50Ω으로 설계할 수 있다.
부가 설명하면, 도 11에 도시된 코플래너라인(40)의 특성 임피던스를 50Ω으로 설계하기 위하여, 본 고안에서는 테이퍼 길이(Ls)를 2mm로 제작하고, 슬롯 길이(Lcpw)를 1mm로 제작하여 HFSS 시뮬레이션한 결과, 도 12와 같이 급전부의 임피던스를 20GHz 이상에서 50Ω으로 변환할 수 있다. 도 12에서, Y축은 S21(삽입손실), S11(반사계수)을 나타낸 것으로서, S11이 작을수록 50Ω에 가까워진다. S11이 -20dB 이하이면 거의 50Ω에 근접했다고 볼 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 고안에 따른 방사체(120)는 CALTSA( Corrugated antipodal linear tapered slot antenna) 구조로 이루어지며, 급전부(110)의 상부도체(111)로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 일측부에 일방향으로 다수의 제1 돌기(121a)가 형성된 제1 슬롯라인(121)과, 일부가 제1 슬롯라인(121)과 교차하도록 급전부(110)의 하부도체(113)로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 제1 돌기(121a)와 반대방향으로 일측부에 다수의 제2 돌기(122a)가 형성된 제2 슬롯라인(122)을 포함한다.
제1 슬롯라인(121)은 유전체(112)의 상부에 대략 삼각형 구조로 형성되며, 그 일측부에는 일방향으로 돌출된 다수의 제1 돌기(121a)가 서로 이격되어 형성되어 있다. 그리고, 제2 슬롯라인(122)은 유전체(112)의 하부에 대략 삼각형 구조로 형성되며, 그 일측부에는 일방향, 즉 제1 슬롯라인(121)의 제1 돌기(121a)가 형성된 방향과 반대방향으로 돌출된 다수의 제2 돌기(122a)가 서로 이격되어 형성되어 있다. 이때, 제1 및 제2 돌기(121a, 122a)는 사각 바(bar) 구조로 이루어질 수 있다.
본 고안에 따른 방사체(120)를 구성하는 제1 및 제2 슬롯라인(121, 122)은 기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 급전부(110)를 통해 급전되어 다수의 제1 및 제2 돌기(121a, 122a)와 함께 혼 안테나와 같은 전자파 빔을 생성하여 공간으로 전파할 수 있다. 즉, 혼 안테나는 도파관 안테나로서, 전자기파가 급전된 부분에서부터 외부 공간(공기)으로 전파되는 부분까지 도파관의 내부가 테이퍼 형태로 점진적으로 커진다. 이에 따라, 도파관의 내부의 종단에서 전자기파가 외부 공간으로 전파된다. 본 고안에서도 제1 및 제2 슬롯라인(121, 122)의 도체가 외부 공간으로 갈수록 이격되는 공간이 커져 혼 안테나와 같은 매커니즘으로 전파가 외부 공간으로 방사된다.
도 13은 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 24GHz 중심 주파수로 설계한 후 HFSS 시뮬레이션한 결과 데이터이고, 도 14는 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 24GHz에서 E-plane과 H-plane 상에서 각각 안테나 이득을 설명하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 고안의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(100)는 22GHz에서 28GHz 범위 내에서 S11이 -10dB 이하의 값을 갖고, 도 14에 도시된 바와 같이 3dB E-plane과 H-plane 빔 폭은 각각 60°(120°(m3)-60°(m2)), 86°(133°(m3)-47°(m2))인 것을 확인할 수 있다.
도 14의 도면상에서, E-plane은 안테나 상에서 전자파(electric energy) 방향면을 의미하고, H-plane은 안테나 상에서 자기장파(magnetic energy) 방향면을 의미한다.
도 15는 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도이고, 도 16은 도 15에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 위에서 바라본 사시도이고, 도 17은 도 15에 도시된 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(200)는 도 1 내지 도 4에 도시된 본 고안의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(100)와 마찬가지로 기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 급전부(110)와 방사체(120)를 포함한다. 그리고, 이에 더하여 방사체(120)의 종단부에 형성된 렌즈(130)를 더 포함한다.
도 18은 도 15에 도시된 도시된 렌즈(130)를 설명하기 위하여 도시한 사시도이고, 도 19는 도 18에 도시된 렌즈(130)를 폭방향으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 18을 참조하면, 본 고안에 따른 렌즈(130)는 반원형 또는 반타원형 구조의 제1 유전체 막대(131)와, 제1 유전체 막대(131)의 후면과 방사체(120) 사이에 형성되어 제1 유전체 막대(131)를 방사체(120)에 결합하는 장방형 구조의 제2 유전체 막대(132)를 포함한다. 이때, 제2 유전체 막대(132)는 렌즈의 초점을 튜닝하는 역할을 하며, 제1 및 제2 유전체 막대(131, 132)는 각각 유전율(εr)이 2.07인 테프론으로 형성할 수 있다.
본 고안에 따른 렌즈(130)는 도 19에 도시된 바와 같이 유전체에 의해 방사체(120)로부터 방사되는 전자기파를 굴절시켜 방사한다. 즉, 전자기파의 빔 폭을 일정한 방향으로 모아 주는 역할을 한다. 이때, 모양은 반원형이 될 수도 있고, 반타원형이 될 수 있다. 반원형인 경우 원형의 중심점이 초점이 되고, 반타원형일수록 초점이 중심선 상에서 멀어져 간다. 즉 반원형에서 반타원형으로 갈수록 'Lex' 길이를 크게 하여 초점을 보상해 줄 수 있다. 전자기파의 굴절은 유전체 값이 클수록 원형에서 타원으로 초점을 보상해 주어야 한다. 즉, 굴절계수(
)와 관계가 있다.
도 20은 도 15에 도시된 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이고, 도 21은 도 15에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 24GHz에서 E-plane과 H-plane 상에서 각각 안테나 이득을 설명하기 위하여 도시한 그래프이다.
도 20에 도시된 바와 같이, 본 고안의 다른 실시예에 따른 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(200)는 22GHz에서 28GHz 범위 내에서 S11이 -10dB 이하의 값을 갖고, 도 21에 도시된 바와 같이, 3dB E-plane과 H-plane 빔 폭은 각각 32°(106°(m3)-74°(m2)), 33°(106°(m3)-73°(m2))인 것을 확인할 수 있다.
도 22는 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도이고, 도 23은 도 22에 도시된 배열 안테나를 위에서 바라본 사시도이다. 여기서는 설명의 편의를 위해 일례로 1:8 전력 분배기를 사용하여 배열 안테나를 구현하였다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나(300)는 전력 분배기(310)와, 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부(320)를 포함한다.
기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부(320)는 전력 분배기(310)의 출력포트에 도 1에 도시된 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나(100)와 동일한 구성을 갖는 다수의 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나들이 일방향으로 나란하게 일렬로 배열 형성되어 있되, 이웃한 것끼리는 제1 슬롯라인과 제2 슬롯라인이 서로 대향하도록 배열되어 있다.
이와 같이, 본 고안에 따른 배열 안테나(300)는 제1 및 제2 슬롯라인(121, 122)에 각각 형성된 제1 및 제2 돌기(121a, 122a)가 서로 인접하도록 배치함으로써 소자 간의 전자기적인 영향을 줄여 배열 안테나(300)의 사이드 빔을 감소시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 고안의 제1 및 제2 슬롯라인(121, 122)은 하기 표 1과 같이 설계하였다.
| W | Wd | Wi | d | L_ant | Ws | Slot |
| 4.5mm | 8.8mm | 4.8mm | 1.679mm | 15mm | 0.4mm | 0.2mm |
한편, 본 고안에 따른 전력 분배기(310)를 설명하기 전에 기판 집적형 도파관(SIW) 구조로 변환한 전력 분배기에 대해 도 24 내지 도 29를 참조하여 간략하게 설명하기로 한다.
도 24는 일반적인 도파관 T-구조 전력 분배기를 설명하기 위하여 도시한 사시도이고, 도 25는 기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 전력 분배기를 도시한 투시 사시도이고, 도 26은 도 25에 도시된 전력 분배기를 도시한 평면도이며, 도 27은 도 25에서 출력포트(P2, P3)의 출력 비율을 동일하게 조정하였을 경우 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이다.
도 24를 참조하면, T-구조 전력 분배기(10)는 입력포트(P1)에 전력을 가할 경우 출력포트(P2, P3)를 통해 전력이 분배된다. 이때, 비어홀(11)의 위치를 조절하여 입력포트(P1)의 반사계수를 조정할 수 있고, 이를 통해 출력포트(P2, P3)에서 출력되는 전력비율을 조정할 수 있다 .
도 25 및 도 26을 참조하면, 기판 집적형 도판관(SIW) 구조의 전력 분배기(20)는 도파관 T-구조를 기판 집적형 도파관(SIW) 구조로 변환한 전력 분배기로서, 비어홀(21)의 위치를 조절하여 출력포트(P2, P3)의 출력비율과 입력포트(P1)의 반사계수를 조정할 수 있다.
즉, 도 26에서, 비어홀(21)을 입력포트(P1)의 중심선 상(d=2.45mm)에 배치한 상태에서, 중심선 상에서 위치의 변화(L의 길이 조절)로 반사계수를 작게 조정할 수 있다. 본 고안에서는 3dB 전력 분배기를 구현하기 위하여 'L=2.2mm'로 설계하였다.
도 28은 본 고안에 따른 기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 3dB 전력 분배기(30a, 30b, 30c)를 설명하기 위하여 도시한 평면도로서, (a), (b) 및 (c)에 각각 도시된 전력 분배기(30a, 30b, 30c)는 길이만 다를 뿐 동일한 구조로 이루어져 있다.
도 28을 참조하면, 전력 분배기(30a, 30b, 30c)의 비어홀(30a-1, 30b-1, 30c-1)이 도 25에 도시된 바와 같이 'L=2.2mm', 'd=2.45mm'의 위치에 배치된 전력 분배기(30a, 30b, 30c)는 기판 집적형 도파관(SIW) 구조의 3dB 전력 분배 특성을 보인다.
그리고, 전력 분배기(30a, 30b, 30c)의 비어홀(30a-2, 30a-3, 30b-2, 30b-3, 30c-2, 30c-3)을 통해서 전자기장이 도파관 코너 부위에 에너지가 모이는 것을 방지한다. 이때, 비어홀(30a-2/30a-3, 30b-2/30b-3, 30c-2/30c-3)들은 대칭 구조로 배치되며, 특성은 도 27에 도시된 시뮬레이션 결과 데이터와 동일한 특성을 보인다.
도 29는 도 28에 도시된 전력 분배기의 비어홀(30a-2, 30a-3, 30b-2, 30b-3, 30c-2, 30c-3)을 대체하는 구조를 설명하기 위하여 도시한 평면도로서, 설명의 편의를 위해 일례로 도면상에서는 비어홀(30a-2)만 도시하였다. 도 29의 (a)와 같이 코너 부위에 형성된 비어홀(30a-2, 30a-3, 30b-2, 30b-3, 30c-2, 30c-3) 대신에 (b)와 같이 코너 부위의 비어홀을 대략 45°라운딩을 1/4 원형으로 처리할 수 있다. 이때, 라운딩 처리되는 비어홀은 반사계수에 영향을 미칠 수 있기 때문에 어느 정도 위치 조절이 필요하다.
도 30은 도 22에 도시된 전력 분배기(310)를 설명하기 위하여 도시한 평면도이다.
도 30을 참조하면, 본 고안에 따른 전력 분배기(310)는 도 28에 도시된 단위 전력 분배기(30a, 30b, 30c)가 결합되어 단일 입력에 8개의 출력을 갖는 1:8 전력 분배기를 구성하였다. 즉, 본 고안에 따른 전력 분배기(310)는 단위 전력 분배기(310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f, 310g)로 구성되어 있고, 이때, 각 단위 전력 분배기(310b, 310c, 310d, 310e, 310f, 310g)는 입력포트(P1)의 중심선 기준으로 대칭 구조로 이루어진다.
본 고안에 따른 전력 분배기(310)를 구성하는 단위 전력 분배기(310b, 310c)는 도 28에 도시된 단위 전력 분배기(30b)와 구조가 동일하고, 비어홀(310b-1, 310c-1)의 위치만 다르다. 이와 마찬가지로, 단위 전력 분배기(310d, 310e, 310f, 310g)는 도 28에 도시된 단위 전력 분배기(30c)와 구조가 동일하고, 비어홀(310d-1, 310e-1, 310f-1, 310g-1)의 위치가 다르다. 즉, 도 26에서와 같이 비어홀의 위치, 'L', 'd'값을 변화시켜줌으로써 도 28에 도시된 바와 같이 각 전력 분배기(310b, 310c, 310d, 310e, 310f, 310g)의 출력포트(P2, P3)의 전력 비율을 조정하였다.
한편, 도 23에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 배열 안테나(300)는 8배열 안테나의 주빔과 사이드 빔의 25dB를 만들기 위해 Dolph-Chebyshev AF(Array Factor)의 계수를 적용한 경우의 전력 분배기가 된다. 이를 위해 비어홀(310a-1, 310b-1, 310c-1, 310d-1, 310e-1, 310f-1, 310g-1)의 위치를 각각 계산하여 조정하였다.
본 고안에 따른 배열 안테나(300)의 전력 분배기(310)의 주빔과 사이드빔의 차이가 25dB인 Dolph-Cheby AF의 계수는 0.35, 0.57. 0.84, 1.00, 1.00, 0.84, 0.57, 0.35가 되고 dB로 환산하는 경우의 대략 값은 -9dB, -5dB, -1.5dB, 0dB, 0dB, -1.5dB, -5dB, -9dB가 된다. 이를 위해 비어홀(310a-1, 310b-1, 310c-1, 310d-1, 310e-1, 310f-1, 310g-1)의 위치 'L', 'd'를 하기 표 2와 같이 조정하였다.
| 310a-1 | 310b-1 | 310c-1 | 310d-1 | 310e-1 | 310f-1 | 310g-1 | |
| L | 2.2mm | 2.2mm | 2.2mm | 2.4mm | 2.4mm | 2.4mm | 2.4 |
| d | 2.45mm | 3.35mm | 3.35mm | 2.8mm | 2.58mm | 2.58mm | 2.8mm |
도 31은 도 22에 도시된 전력 분배기의 단위 전력 분배기(310a)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이고, 도 32는 단위 전력 분배기(310b, 310c)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이고, 도 33은 단위 전력 분배기(310d, 310g)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이며, 도 34는 단위 전력 분배기(310e, 310f)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이며, 도 35는 도 22에 도시된 배열 안테나(300)의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이다.
도 35를 참조하면, S51/S61, S41/S71, S31/S81, S21/S91은 각각 -6.9dB, -9.3dB, -12.0dB, -15.6dB가 되고, 이를 S51/S61로 정규화하면, 0dB, -2.4dB, -4.9dB, -8.7dB가 된다. 위의 Dolph-Chebyshev의 계수와는 오차 범위를 가지고 있다.
도 36는 도 22에 도시된 배열 안테나의 E-plane과 H-plane의 방사 패턴의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터로서, 도 36에 도시된 바와 같이, E-plane 3dB 빔폭은 10°(95°(m3)-85°(m2))이고, H-plane 3dB 빔 폭은 80°(130°(m3)-50°(m2)) 방사패턴에 17dB 정도의 안테나 피크 이득 특성과 주 빔 방사 패턴(m1 = 17dB)과 사이드 방사 패턴(m5 = -7dB)의 차가 25dB인 안테나 특성을 나타내고 있다.
도 37은 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나를 설명하기 위하여 도시한 투시 사시도이다.
도 37을 참조하면, 본 고안의 또 다른 실시예에 따른 배열 안테나(400)는 전력 분배기(410)와 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부(420)는 도 22에 도시된 배열 안테나(300)의 전력 분배기(310)와 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부(320)와 동일한 구성으로 이루어져 있다. 다만, 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부(420)의 종단부에 렌즈(430)가 설치되어 있다. 이때, 렌즈(430)는 도 18에 도시된 렌즈(130)와 마찬가지로 반원형 또는 반타원형 구조의 제1 유전체 막대와, 상기 제1 유전체 막대를 어레이 안테나(420)에 결합하는 장방형 구조의 제2 유전체 막대를 포함한다.
도 38은 도 37에 도시된 배열 안테나의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이고, 도 39는 도 37에 도시된 배열 안테나(400)의 E-plane과 H-plane의 방사 패턴의 HFSS 시뮬레이션 결과 데이터이다.
도 37에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 배열 안테나(400)를 구성하는 막대 렌즈(430)는 도 18에 도시된 렌즈(130)와 길이만 다르다. 즉, 도 37에 도시된 배열 안테나(400)의 렌즈(430)의 길이는 대략 85.5mm로 설계하였다. 이러한 배열 안테나(400)는 도 38 및 도 39에 나타난 바와 같이, 도 22에 도시된 배열 안테나(300) 구조에 비해 안테나 이득이 3dB 증가한 피크 20dB 이득(m1 = 19.8dB)과, H-plane 3dB 빔 폭이 80°에서 35°(107°(m3)-72°(m2))로 감소한 것을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 고안은 단일 인쇄회로기판을 이용하여 기판 집적형 도파관 상에서 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 구현하였으며, 이를 이용하여 1차원 선형 8배열 안테나 설계를 하였다. 이때, 안테나 배열 계수(Array Factor, AF)는 E-plane 빔폭이 10°내인 주빔과 사이드빔이 25dB인 Dolph-Chebyshev의 계수를 따랐다.
기존의 일반적인 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나를 구현하는 경우에는 다층 구조의 인쇄회로기판(PCB)이 요구되었다. 그 이유는 기존에 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나의 급전라인을 스트립 라인과 공통 접지 슬롯 라인으로 보통 설계하기 때문인데, 이러한 구조는 복잡할 뿐만 아니라 안테나의 주파수의 대역폭이 본 고안에 비해 협소하다.
본 고안에서, 주파수 대역폭은 정재파비(VSWR)가 2이하로 반사 계수가 광역대(중심 주파수 24GHz에서 8GHz)임을 알 수 있다. 그리고, 기판 직접형 도파관(SIW)은 단일 기판 상에서 구현이 가능하고, 구형 도파관의 특성을 따르기 때문에 밀리미터 대역에서 기존의 스트립 라인의 구조에 비해 삽입 손실이 우수한 장점이 있다.
이상에서와 같이 본 고안의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 바람직한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아니다. 이처럼 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 고안의 기술 사상의 범위 내에서 본 고안의 실시예의 결합을 통해 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200 : 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나
110 : 급전부(기판 집적형 도파관 구조)
120 : 방사체
111 : 상부도체
112 : 유전체
113 : 하부도체
114 : 비어홀
121 : 제1 슬롯라인
121a : 제1 돌기
122 : 제2 슬롯라인
122a : 제2 돌기
130 : 렌즈
131 : 제1 유전체 막대
132 : 제2 유전체 막대
30 : 마이크로 스트립라인
40 : 코플래너라인
300, 400 : 배열 안테나
310, 410 : 전력 분배기
320, 420 : 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부
430 : 렌즈
110 : 급전부(기판 집적형 도파관 구조)
120 : 방사체
111 : 상부도체
112 : 유전체
113 : 하부도체
114 : 비어홀
121 : 제1 슬롯라인
121a : 제1 돌기
122 : 제2 슬롯라인
122a : 제2 돌기
130 : 렌즈
131 : 제1 유전체 막대
132 : 제2 유전체 막대
30 : 마이크로 스트립라인
40 : 코플래너라인
300, 400 : 배열 안테나
310, 410 : 전력 분배기
320, 420 : 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부
430 : 렌즈
Claims (4)
- 하부도체, 유전체 및 상부도체를 포함하는 단층 구조의 인쇄회로기판에 집적되되,
상기 상부도체와 상기 하부도체를 연결하도록 상기 유전체를 상하로 관통하여 평행한 두 열의 메탈릭 비어홀이 주기적으로 배열된 기판 집적형 도파관 구조를 갖는 급전부; 및
상기 급전부의 상부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 일측부에 일방향으로 다수의 제1 돌기가 형성된 제1 슬롯라인과, 일부가 상기 제1 슬롯라인과 교차하도록 상기 급전부의 하부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 상기 제1 돌기와 반대방향으로 일측부에 다수의 제2 돌기가 형성된 제2 슬롯라인을 포함하는 방사체;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나.
- 제 1 항에 있어서,
상기 방사체의 종단부에 형성된 렌즈를 더 포함하되, 상기 렌즈는 반원형 또는 반타원형 구조의 제1 유전체 막대와, 상기 제1 유전체 막대의 후면과 상기 방사체 사이에 형성되어 상기 제1 유전체 막대를 상기 방사체에 결합하는 장방형 구조의 제2 유전체 막대를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나.
- 전력 분배기; 및
상기 전력 분배기의 출력포트에 다수개의 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나가 일방향으로 나란하게 일렬로 배열형성되어 상기 전력 분배기로부터 분배된 전력을 상기 출력포트를 통해 각각 공급받아 독립적으로 빔을 방사하는 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부를 포함하되,
상기 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 각각은, 하부도체, 유전체 및 상부도체를 포함하는 단층 구조의 인쇄회로기판에 집적되되, 상기 상부도체와 상기 하부도체를 연결하도록 상기 유전체를 상하로 관통하여 평행한 두 열의 메탈릭 비어홀이 주기적으로 배열된 기판 집적형 도파관 구조를 갖는 급전부와, 상기 급전부의 상부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 일측부에 일방향으로 다수의 제1 돌기가 형성된 제1 슬롯라인과, 일부가 상기 제1 슬롯라인과 교차하도록 상기 급전부의 하부도체로부터 선형 테이퍼 구조로 연장되고 상기 제1 돌기와 반대방향으로 일측부에 다수의 제2 돌기가 형성된 제2 슬롯라인을 포함하는 방사체를 포함하고,
상기 단위 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나들은 이웃한 것끼리 제1 슬롯라인과 제2 슬롯라인이 서로 대향하도록 배열된 것을 특징으로 하는 배열 안테나.
- 제 3 항에 있어서,
상기 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부의 종단부에 형성된 렌즈를 더 포함하되, 상기 렌즈는 반원형 또는 반타원형 구조의 제1 유전체 막대와, 상기 제1 유전체 막대의 후면과 상기 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부 사이에 형성되어 상기 제1 유전체 막대를 상기 기판 집적형 도파관 급전 대척 선형 테이퍼 슬롯 안테나 어레이부에 결합하는 장방형 구조의 제2 유전체 막대를 포함 것을 특징으로 하는 배열 안테나.
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